?C¨®mo y por qu¨¦ se formaron las part¨ªculas elementales?

La ciencia s¨ª puede explicarnos c¨®mo se formaron pero no por qu¨¦. No sabemos si hay una raz¨®n para que se formaran, pero, en el caso de que la hubiera, la ciencia no puede explicarla. Lo que la ciencia s¨ª puede decirnos es qu¨¦ mecanismos f¨ªsicos dieron lugar a la formaci¨®n de las part¨ªculas elementales. Todo empez¨® con el Big Bang, hace unos 14.000 millones de a?os. Cuando se produjo el Big Bang hubo una cantidad inmensa de energ¨ªa en forma de radiaci¨®n y las part¨ªculas elementales se formaron a partir de esa energ¨ªa inicial.

Sabemos que en las primeras fracciones de segundo el universo era muy caliente, con temperaturas mayores de miles de billones de grados y muy peque?o, tanto que todo el universo podr¨ªa caber en un ¨¢tomo y con una densidad muy grande. Nada parecido a lo que tenemos hoy d¨ªa. De la propia radiaci¨®n y por la f¨®rmula de Einstein (E=m x c?), sabemos que puede generarse materia. Entonces, a partir de toda esa radiaci¨®n se produjeron cantidades iguales de part¨ªculas y antipart¨ªculas. Las part¨ªculas elementales son el componente b¨¢sico de la materia, es decir aquellos componentes que no pueden dividirse m¨¢s y que, por lo que sabemos, carecen de estructura interna. Las antipart¨ªculas son id¨¦nticas a las part¨ªculas, pero, cuando tiene carga, esta es opuesta. Todas las part¨ªculas elementales tienen una antipart¨ªcula asociada, aunque algunas de ellas, como el fot¨®n, son su propia antipart¨ªcula.

Aquel universo en formaci¨®n de los primeros instantes era como una amalgama de estas part¨ªculas elementales. A esto lo conocemos como la sopa primordial. Estas part¨ªculas ten¨ªan unas energ¨ªas muy altas, se mov¨ªan a una enorme velocidad y chocaban unas con otras lo que a la vez produc¨ªa m¨¢s part¨ªculas y m¨¢s radiaci¨®n. Y en ese momento se form¨® la pr¨¢ctica totalidad de part¨ªculas elementales.

Con posterioridades a aquel suceso, se han producido algunas part¨ªculas elementales de forma artificial en los aceleradores de part¨ªculas. Estos dispositivos utilizan campos electromagn¨¦ticos para hacer chocar part¨ªculas a alt¨ªsima velocidad entre ellas y de esa forma provocar la aparici¨®n de nuevas part¨ªculas. Tambi¨¦n despu¨¦s del Big Bang se han producido otras part¨ªculas elementales en procesos naturales como desintegraciones radiactivas o colisiones de part¨ªculas, como es el caso de los neutrinos atmosf¨¦ricos. Pero se trata de una proporci¨®n ¨ªnfima comparada con el total de materia del universo, as¨ª que s¨ª se puede decir que toda la materia que tenemos hoy en el universo procede de esa sopa primordial.

Una vez que el universo comenz¨® a expandirse y a enfriarse, estas part¨ªculas elementales fueron haciendo combinaciones entre ellas y se formaron los protones y los neutrones

Una vez que el universo comenz¨® a expandirse y a enfriarse, estas part¨ªculas elementales fueron haciendo combinaciones entre ellas y se formaron los protones y los neutrones. Despu¨¦s se fueron formando los n¨²cleos de helio y de deuterio, que es un is¨®topo del hidr¨®geno formado por un prot¨®n y un neutr¨®n. Esta es como la historia de la evoluci¨®n del cosmos, una vez que las part¨ªculas elementales ya existieron comenz¨® la formaci¨®n de todo lo dem¨¢s que dio lugar a la aparici¨®n de la materia tal y como la conocemos. A este momento que va desde 300 segundos tras el Big Bang hasta mil a?os despu¨¦s le llamamos la ¨¦poca de la nucleos¨ªntesis primordial. Todo el helio y el hidr¨®geno que existen en el cosmos, as¨ª como otros n¨²cleos at¨®micos ligeros, se form¨® en ese momento porque las temperaturas que hubo a partir de entonces en el universo ya no fueron lo suficientemente altas como para continuar con su producci¨®n. El resto de n¨²cleos m¨¢s pesados que el litio, compuesto por tres protones y cuatro neutrones, se producen en las estrellas a partir de la fusi¨®n de los n¨²cleos ligeros, mientras que los superpesados, m¨¢s all¨¢ del hierro, tienen su origen en las supernovas.

Mariam T¨®rtola es profesora en la Facultad de F¨ªsica de la Universitat de Val¨¨ncia e investigadora en el Instituto de F¨ªsica Corpuscular, centro mixto del CSIC y la Universidad de Valencia.

Pregunta enviada v¨ªa email por Juan Fern¨¢ndez

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